JavaSE-集合

作者: 雷哒哒 | 来源:发表于2019-12-08 10:04 被阅读0次

第一章：数据结构基础

1.1-什么是数据结构

数据结构就是计算机存储、组织数据的方式 。

指的是相互之间存在着特定关系的一种或多种的数据元素集合。

1.2-为什么要学习数据结构

通常情况下，精心选择合适的数据结构可以带来更高的运行或存储的效率。

数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。

1.3-数据结构-栈

栈结构介绍

栈：栈（stack）又名堆栈，是一种运算受限的线性表。
受限：限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表（这一端被称为栈顶，另一端称为栈底）

特性

特性：先进后出

1.4-数据结构-队列

队列介绍

队列：是一种受限的特殊线性表。
受限：只允许在表的前端（队头）进行删除操作，后端（队尾）进行插入操作。

队列特性

特性：先进先出

1.5-数据结构-数组

数组介绍

数组：一组有序的（索引有序并且从0开始）类型相同的长度固定的元素集合。

特性

元素有序
元素同类型
长度固定

应用效果

查询快。
- 从数组索引0开始查找，根据指定位置的偏移量可快速获取数据。
增删慢。
- 数组的长度是固定的，若删除或增加一格元素，则会先创建一个新的数组，再把原数组的数据根据操作复制到新数组中。

1.6-数据结构-链表

链表介绍

链表：链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的
单向链表：单链表是一种链式存取的数据结构，用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素。链表中的数据是以结点来表示的，每个结点的构成：元素(数据元素的映象) + 指针(指示后继元素存储位置)，元素就是存储数据的存储单元，指针就是连接每个结点的地址数据。

双向链表：双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。一般我们都构造双向循环链表。

链表特性

由一系列结点（链表中的每一个元素称为结点）组成。
结点可以在运行时动态生成。
每个结点包括两个部分（单链表）
- 一个是存储数据元素的数据域
- 另一个是存储下一个结点地址的指针域。

应用效果

查询慢：链表的地址不是连续的，每次查找都得从头开始查找。
增删快：增删操作不会影响链表的整体结构。

1.7-数据结构-红黑树

介绍

红黑树（Red Black Tree）是一种自平衡二叉查找树，是在计算机科学中用到的一种数据结构，典型的用途是实现关联数组。

特性

查询速度快
- 在进行插入和删除操作时通过特定操作保持二叉查找树的平衡，从而获得较高的查找性能。

第二章：泛型介绍

2.1-什么是泛型

泛型，未知的类型，可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

2.2-泛型的好处

可以避免类型转换的麻烦。

2.3-定义和使用含有泛型的类

定义

修饰符 class 类名<代表泛型的变量> { }

使用

在创建对象的使用。也就是在创建对象时确定泛型的类型。

public class ArrayList<E> {
    public boolean add(E e){ }
    ...
}

public class MainDemo{
  public static void main(String[] args) {
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三");
  }
}

2.4-定义和使用含有泛型的方法

定义

修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型方法名(参数){ }

使用

public static void main(String[] args) {
   methon1("张三");
}
public static  <M> void methon1(M m){
   System.out.println(m);
}

2.5-定义和使用含有泛型的接口

定义

修饰符 interface接口名<代表泛型的变量>

使用

public interface TestInterface<T> {
  public abstract void show(T t);
}

public class<T> TestImpl implements TestInterface<T> {
  @Override
  public T void show(T o) {
    System.out.println(o);
  }
}

public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    TestImpl<String> t = new TestImpl<>();
    t.show("我的信息");

  }
  
}

第三章：单列集合-Collection系列

3.1-集合介绍

定义：在Java中，集合是一种可以存储多个数据的容器。

代码：

    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三");
    list.add("王五");
    list.add("赵六");
    System.out.println(list); // [张三, 王五, 赵六]

3.2-集合和数组的区别

区别：数组的长度是固定的，集合的长度是可变的。

代码：

    String[]strs = new String[2];
    strs[0] = "张三";
    strs[1] = "李四";
    // strs[2] = "赵六"; // 运行时报错java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    System.out.println(list.size()); // 0
    list.add("张三");
    list.add("王五");
    list.add("赵六");
    System.out.println(list.size());  // 3

3.3-集合框架Collection

概述

10.jpg

单列集合类的根接口
有两个子接口
- java.util.List；特点是：内容可重复，有序
- java.util.Set；特点是：内容不可重复，无序
定义了单例集合最共性的方法。

通用方法

方法：

public boolean add(E e)：把给定的对象添加到当前集合中。
public void clear() :清空集合中所有的元素。
public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。
public int size(): 返回集合中元素的个数。
public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存储到数组中。

代码：

  List<String> list = new ArrayList<>();
    // 添加元素
    list.add("张三");
    list.add("李四");
    System.out.println(list);
    // 移除元素
    list.remove("张三");
    System.out.println(list);
    // 判断集合中是否包含某个元素
    boolean isHas = list.contains("张三");
    System.out.println(isHas); // false
    // 判断当前集合是否为空
    boolean isEmpty = list.isEmpty();
    System.out.println(isEmpty);
    // 清空元素
    list.clear();
    System.out.println(list);
    // 集合的长度
    System.out.println(list.size());
    // 集合中的元素存储到一个数组中
    Object[]s =  list.toArray();

遍历集合

Iterator方式
- 介绍：Iterator，是一个迭代器接口。Collection中的成员方法iterator()被调用后，会返回一个Iterator对象。利用这个对象可以实现遍历集合。如何遍历呢？在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。
- Iterator对象的成员方法：
  - hasNext(); 检测集合中是否存在下一个元素
  - next(); 找到并获取下一个元素
- 迭代器的原理：在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用迭代器的next方法后，迭代器的索引会向后移动一位，指向第一个元素并将该元素返回，当再次调用next方法时，迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。
- 代码：
```
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    // 得到一个迭代器对象
    Iterator<String> it = list.iterator();
    while (it.hasNext()) {
      String str = it.next();
      System.out.println(str);
    }
```
增强for方式
- 介绍：增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个Iterator迭代器，所以在遍历的过程中，不能对集合中的元素进行增删操作。
- 使用格式
```
for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){ 
    //写操作代码
}
```
- 代码：
```
for (String name:list) {
  System.out.println(name);
}
```

3.4-List集合

介绍

List作为Collection集合的子接口，不但继承了Collection接口中的全部方法，而且还增加了一些根据元素索引来操作集合的特有方法，如下：

方法：

public void add(int index, E element) : 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
public E get(int index) :返回集合中指定位置的元素。
public E remove(int index) : 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
public E set(int index, E element) :用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素

特点

存取顺序一致，并且有索引。
元素内容可重复。

代码

    List list = new ArrayList();
    list.add("a");
    list.add("b");
    list.add("c");
    // public void add(int index, E element) : 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
    list.add(1,"d");
    System.out.println(list); // [a, d, b, c]
    // public E get(int index) :返回集合中指定位置的元素。
    System.out.println(list.get(2)); // b
    // public E remove(int index) : 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
    list.remove(1);
    System.out.println(list); // [a, b, c]
    // public E set(int index, E element) :用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素
    list.set(1,"B");
    System.out.println(list); // [a, B, c]

List集合实现类-ArrayList

java.util.ArrayList 集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢，查找快，用于日常开发中使用最多的功能为 查询数据、遍历数据，所以 ArrayList 是最常用的集合。

许多程序员开发时非常随意地使用ArrayList完成任何需求，并不严谨，这种用法是不提倡的。

List集合实现类-LinkedList

java.util.LinkedList 集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。

常用方法：

public void addFirst(E e) :将指定元素插入此列表的开头。
public void addLast(E e) :将指定元素添加到此列表的结尾。
public E getFirst() :返回此列表的第一个元素。
public E getLast():返回此列表的最后一个元素。
public E removeFirst() :移除并返回此列表的第一个元素。
public E removeLast() :移除并返回此列表的最后一个元素。
public E pop() :从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
public void push(E e):将元素推入此列表所表示的堆栈。
public boolean isEmpty()：如果列表不包含元素，则返回true。

代码：

 LinkedList list = new LinkedList();
    list.add("a");
    list.add("b");
    // public void addFirst(E e) :将指定元素插入此列表的开头。
    list.addFirst("A");
    // public void addLast(E e) :将指定元素添加到此列表的结尾。
    list.addLast("B");
    System.out.println(list); // [A, a, b, B]
    // public E getFirst() :返回此列表的第一个元素。
    System.out.println(list.getFirst()); // A
    // public E getLast() :返回此列表的最后一个元素。
    System.out.println(list.getLast()); // B
    // public E removeFirst() :移除并返回此列表的第一个元素。
    list.removeFirst();
    // public E removeLast() :移除并返回此列表的最后一个元素。
    list.removeLast();
    System.out.println(list); //[a, b]
    // public E pop() :从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
    list.pop();
    System.out.println(list); // [b]
    // public void push(E e) :将元素推入此列表所表示的堆栈。
    list.push("a");
    System.out.println(list); // [a, b]
    // public boolean isEmpty() ：如果列表不包含元素，则返回true。
    System.out.println(list.isEmpty()); // false

3.5-Set集合

概述

继承了Collectin集合
没有扩充方法
与List集合不同的是会保证集合中元素的唯一性。

HashSet

介绍：

集合中的元素存取是无序的
集合中的元素是不重复的
HashSet 是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此具有良好的存取和查找性能。保证元素唯一性的方式依赖于： hashCode与 equals 方法。

代码：

    Set set = new HashSet();
    set.add("张三");
    set.add("李四");
    set.add("李四");
    set.add("王五");
    set.add("赵六");
    System.out.println(set);  // [李四, 张三, 王五, 赵六]

哈希值：

一个十进制的逻辑地址。
所有的对象都继承里Object中的HashCode方法

代码：

    System.out.println("a".hashCode());  // 97
    System.out.println("b".hashCode()); // 98
    System.out.println("张三".hashCode()); // 774889
    System.out.println("李四".hashCode()); // 842061
    int[]arr1={1,2,3};
    System.out.println(arr1.hashCode()); //1355531311

存储结构：数组+链表/红黑树，在JDK1.8之前，哈希表底层采用数组+链表实现，即使用链表处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个链表里。但是当位于一个桶中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。

总而言之，JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能，那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一，其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

代码：要求自定义人物类型（含有姓名、年龄），用HashSet集合存储，若对象的姓名和年龄一致则在集合中不允许重复

/*人物类*/
public class People {
  private String name;
  private int age;
  public People(String name, int age) {
    this.name = name;
    this.age = age;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object o) {
    if (this == o) return true;
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    People people = (People) o;
    return age == people.age &&
            name.equals(people.name);
  }
  @Override
  public int hashCode() {
    return Objects.hash(name, age);
  }
  public String getName() {
    return name;
  }
  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }
  public int getAge() {
    return age;
  }
  public void setAge(int age) {
    this.age = age;
  }
}

// 入口类
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    People p1 = new People("张三",10);
    People p2 = new People("李四",12);
    People p4 = new People("李四",12);
    People p3 = new People("王五",10);

    HashSet set = new HashSet();
    set.add(p1);
    set.add(p2);
    set.add(p3);
    set.add(p4);
    System.out.println(set.size()); // 3
  }
}

LinkedHashSet

组织结构：哈希表（数组+链表/红黑树） + 链表（记录存取顺序）
特点：
- 元素唯一性
- 元素存取有序。

代码：

    LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
    set.add("张三");
    set.add("李四");
    set.add("李四");
    set.add("王五");
    set.add("赵六");
    System.out.println(set);  // [张三, 李四, 王五, 赵六]

其他扩展-可变参数

格式：

修饰符 返回值类型 方法名(参数类型... 形参名){ }
等价于
修饰符 返回值类型 方法名(参数类型[]形参名){ }

代码：

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(add(1,2,3));  // 6
    System.out.println(add(1,200,300,400));  // 901
  }

  public  static int add(int...num) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < num.length; i++) {
      sum += num[i];
    }
    return sum;
  }

原理：在编译成class文件时，源代码中的可变参数会自动变成数组。
注意事项：
- 可变参数类型要一致
- 可变参数要放在参数列表最后

3.6 Collections

介绍

java.utils.Collections 是集合工具类，用来对集合进行操作。常用的方法如下：

public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements) :往集合中添加一些元素。
public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序 :打乱集合顺序。
public static <T> void sort(List<T> list) :将集合中元素按照默认规则排序。
public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> ):将集合中元素按照指定规则排序。

代码

   ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
    //public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements) :往集合中添加一些元素。
    Collections.addAll(list, 1, 3, 4, 5, 6, 8, 7);
    System.out.println(list); // [1, 3, 4, 5, 6, 8, 7]
    //public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序 :打乱集合顺序。
    Collections.shuffle(list);
    System.out.println(list); // 随机顺序[5, 4, 6, 3, 7, 1, 8]
    //public static <T> void sort(List<T> list) :将集合中元素按照默认规则排序。
    Collections.sort(list);
    System.out.println(list); // 默认升序[1, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
    //public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> ) :将集合中元素按照指定规则排序。
    Collections.sort(list, new Comparator<Integer>() {
      @Override
      public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o2-o1;
      }
    });
    System.out.println(list);

注意事项

若要对自定义对象进行排序时，使用 sort(List<T> list)时，自定义类型需要实现Comparable接口，并且要重新CompareTo方法

public class People implements Comparable<People> {
  private String name;
  private int age;

  public People(String name, int age) {
    this.name = name;
    this.age = age;
  }

  public String getName() {
    return name;
  }

  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }

  public int getAge() {
    return age;
  }

  public void setAge(int age) {
    this.age = age;
  }

  @Override
  public int compareTo(People o) {
    return this.age - o.age;  // 升序
   // return o.age-this.age; 降序

  }
}

第四章：双列集合-Map系列

4.1-Map集合介绍

Map集合是一个存储数据的容器。
Map集合存储数据的方式是键值对（key/value）。
- key键不可以重复（若重复设置，则会覆盖原有key对应的值）。
- value值可以重复。
Map集合的底层数据结构是哈希表（数组+链表/红黑树）。

4.2-Map集合常用子类

HashMap

是Map集合的一个子类
底层数据结构是哈希表
键不可以重复（键对应的类型需要重写了hashCode（）和equals方法（）），值可以重复。
存取是无序的（存取顺序可能不一致）

LinkedHashMap

是HashMap集合的一个子类
底层数据结构是哈希表+链表（记录存取顺序）
键不可以重复（键对应的类型需要重写了hashCode（）和equals方法（）），值可以重复。
存取是有序的（存取的顺序一定是一致的）

注意事项

Map接口中的集合都有两个泛型变量,在使用时，要为两个泛型变量赋予数据类型。两个泛型变量的数据类型可以相同，也可以不同

public interface Map<K, V>{}

4.3-Map集合常用方法

方法

public V put(K key, V value) : 把指定的键与指定的值添加到Map集合中。
public V remove(Object key) : 把指定的键所对应的键值对元素在Map集合中删除，返回被删除元素的值。
public V get(Object key) 根据指定的键，在Map集合中获取对应的值。
public Set<K> keySet(): 获取Map集合中所有的键，存储到Set集合中。
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() : 获取到Map集合中所有的键值对对象的集合(Set集合)。

代码

   // 创建HashMap对象
    HashMap<String,String> hash = new HashMap<>();
    // 【添加数据-public V put(K key, V value)】
    hash.put("郭靖","华筝");
    hash.put("郭靖","黄蓉"); // 会覆盖之前重复的键值对
    hash.put("杨过","小龙女");
    hash.put("张无忌","赵敏");
    hash.put("宋青书","周芷若");
    System.out.println(hash); // {杨过=小龙女, 宋青书=周芷若, 郭靖=黄蓉, 张无忌=赵敏}
    // 【移除数据-public V remove(Object key)】
    hash.remove("宋青书");
    System.out.println(hash); // {杨过=小龙女, 郭靖=黄蓉, 张无忌=赵敏}
    // 【根据指定的键获取对应的值-public V get(Object key)】
    String value = hash.get("郭靖");
    System.out.println(value); // 黄蓉
    // 【获取Map集合中所有的键存储到Set集合中-public Set<K> keySet()】
    Set<String> set = hash.keySet();
    Iterator<String> iterator = set.iterator();
    while ((iterator.hasNext())){
      String key = iterator.next();
      System.out.println(key + "-" + hash.get(key));
    }
    // 【获取Map集合中的Entry对象-public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()】
    // Map集合中存储了一组Entry对象，entry对象包装了每一对key/value
    // Entry对象可以通过getKey()方法获取键，通过getValue方法获取对应的值
    Set<Map.Entry<String,String>> set2 = hash.entrySet();
    for (Map.Entry<String,String> entry:set2) {
      System.out.println(entry.getKey() + '|'+entry.getValue());
    }

4.4-Map集合中定义自定义类型的键值对

对应自定义类型的键的类型中需要重新hashCode和equals方法

//【执行类】
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    // 存储一组学生信息，要求集合中不允许出现同名同年龄的键
    HashMap<Student,Integer> hash = new HashMap<>();
    hash.put(new Student("张三",18),10010);
    hash.put(new Student("张三",18),10086);
    hash.put(new Student("李四",17),10010);
    hash.put(new Student("王五",17),10010);
    System.out.println(hash.size()); // 3个
  }
}
//【学生类】
public class Student {
  private String name;
  private int age;
  public Student() {}
  public Student(String name, int age) {
    this.name = name;
    this.age = age;
  }
  public String getName() {
    return name;
  }
  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }
  public int getAge() {
    return age;
  }
  public void setAge(int age) {
    this.age = age;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object o) {
    if (this == o) return true;
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    Student student = (Student) o;
    return age == student.age &&
            name.equals(student.name);
  }
  @Override
  public int hashCode() {
    return Objects.hash(name, age);
  }
}

4.5-LinkedHashMap

介绍：是HashMap的子类，存取数据是有序的。

代码：

    LinkedHashMap<String,String> hash = new LinkedHashMap<>();
    hash.put("郭靖","黄蓉");
    hash.put("杨过","小龙女");
    hash.put("张无忌","赵敏");
    hash.put("宋青书","周芷若");
    System.out.println(hash);//{郭靖=黄蓉, 杨过=小龙女, 张无忌=赵敏, 宋青书=周芷若}

4.6-HashTable

HashTable集合
- 底层是线程是安全的，单线程，执行速度慢
- 底层数据结构是哈希表
- 之前学习的集合可以存储null键和null值，但是HashTable不可以

代码：

    HashMap<String,Integer>  map = new HashMap<>();
    map.put(null,1);
    map.put("a",null);
    System.out.println(map);
    Hashtable<String,Integer> table = new Hashtable<>();
    table.put(null,1); // 报错NullPointerException
    table.put("a",null);
    System.out.println(table);

4.7-JDK9对集合添加的优化

在创建少量元素的集合时，使用JDK9中提供的静态方法of添加更加合适
注意事项：
- of方法只能被接口List、Set、Map接口调用，不能用子类或实现类调用。
- of方法初始化后的集合不能更改。

代码：

    List<String> list = List.of("张三","李四","王五","赵六");
    Set<String> set = Set.of("张三","李四","王五","赵六");
    Map<String,Integer> map = Map.of("张三",10,"李四",12);
    System.out.println(list); // [张三, 李四, 王五, 赵六]
    System.out.println(set);  // [李四, 赵六, 张三, 王五]
    System.out.println(map);  // {张三=10, 李四=12}

JavaSE-集合

目录

第一章：数据结构基础

1.1-什么是数据结构

1.2-为什么要学习数据结构

1.3-数据结构-栈

1.4-数据结构-队列

1.5-数据结构-数组

1.6-数据结构-链表

1.7-数据结构-红黑树

第二章：泛型介绍

2.1-什么是泛型

2.2-泛型的好处

2.3-定义和使用含有泛型的类

2.4-定义和使用含有泛型的方法

2.5-定义和使用含有泛型的接口

第三章：单列集合-Collection系列

3.1-集合介绍

3.2-集合和数组的区别

3.3-集合框架Collection

3.4-List集合

3.5-Set集合

3.6 Collections

第四章：双列集合-Map系列

4.1-Map集合介绍

4.2-Map集合常用子类

4.3-Map集合常用方法

4.4-Map集合中定义自定义类型的键值对

4.5-LinkedHashMap

4.6-HashTable

4.7-JDK9对集合添加的优化

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